JP2000116197A

JP2000116197A - 車両用交流発電機の充電システム

Info

Publication number: JP2000116197A
Application number: JP10274589A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kanazawa; 宏至金澤; Kazuo Tawara; 和雄田原; Yoshiaki Honda; 義明本田; Masami Takano; 雅美高野; Toshiyuki Innami; 敏之印南; Atsushi Suzuki; 敦鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】交流発電機の効率を向上させて車両の燃料消費
率を向上させる。【解決手段】交流発電機の発電電流を一定値になるよう
に制御するレギュレータと、エンジンと交流発電機の軸
間に設けられ変速手段を有する動力伝達機構とから構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用交流発電機の
充電システムに係り、特に回転数と発電電流を制御して
効率を向上させる車両用交流発電機の充電システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に交流発電機は、例えば、特開昭61
−132047号公報に開示されているように、ベルトを介し
てエンジンによって駆動されている。そのために、交流
発電機の回転軸とエンジンの回転軸にはプーリが取り付
けられている。

【０００３】プーリ比はベルトが掛けられ回転する溝部
の半径の大きさを変えて決定される。このプーリ比は車
種により違いがあるが、通常２から３程度である。すな
わち、交流発電機の回転軸の回転数は、エンジンの回転
軸の回転数にプーリ比を掛けた値になる。例えばプーリ
比が２.５の場合を考えると、高速走行時にはエンジン
回転数が３０００rpm前後となるため、交流発電機の回
転数は７５００rpmとなる。場合によっては、エンジン
回転数が７０００rpm になる時もあり、この場合には、
交流発電機の回転軸は１７５００rpm で回転することに
なる。交流発電機の回転軸の回転数が高くなると機械損
失が増加し、騒音の問題が発生する。

【０００４】また、交流発電機の回転軸をエンジンで駆
動しているが、交流発電機の発電量が増加するとエンジ
ンの負荷が増加する。この負荷を軽減するために、車の
走行状態から交流発電機の充電のオン−オフを決定する
ようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、以下の問題点が存在する。まず第１に、交流発電機
とエンジンが接続されているプーリの径が一定であるた
めに、エンジン回転数が高くなることによって発生する
交流発電機の機械損失，鉄損失等による損失の増加によ
って、交流発電機の効率が非常に悪くなる。また、発電
電流が小さい場合や大きい場合にも効率が悪くなること
は知られている。

【０００６】本発明の目的は、交流発電機の効率を向上
させて車両の燃料消費率を向上させることができる車両
用交流発電機の充電システムを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、先端部分に複数個の爪部を形成した一
対の対向配置された爪形磁極と前記爪形磁極を磁化させ
る界磁巻線とからなる回転子と、該回転子と所定の間隔
を隔てて配置され前記爪形磁極の磁化により交流電圧を
発生する固定子巻線を有する固定子とを備えた交流発電
機と、交流発電機の発電電流を一定値になるように制御
するレギュレータと、エンジンと交流発電機の軸間に設
けられ変速手段を有する動力伝達機構とを設けたもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態を図
１により説明する。図１は充電システムの構成を示す平
面図である。図１において、交流発電機１はエンジン２
に対して交流発電機１の軸上に配置されるプーリ３１ａ
とエンジン２の軸上に配置されるプーリ３１ｂにベルト
３２を介して接続されている。このプーリ３１ａとプー
リ３１ｂは、油圧ポンプ３４に接続される油圧パイプ３
３に接続されている。変速手段３はプーリ３１ａ，プー
リ３１ｂ，ベルト３２，油圧ポンプ３４，油圧パイプ３
３から構成されている。

【０００９】次に、動作について説明する。プーリ３１
ａと３１ｂとは、油圧によりプーリ比が変化する機構を
持っており、油圧の大きさによってそれぞれのプーリの
ベルトが掛かる径が変化し、それぞれの軸間の距離は一
定であり、ベルトの長さも一定であることから、変速作
用を有することになる。油圧ポンプ３４への指令はエン
ジンの回転数から決定されるものであり、図示していな
いが、交流発電機１とエンジン２の回転軸の回転数に基
づいて油圧の制御量を演算する制御装置は別に配置され
ている。

【００１０】以上のように、プーリ比を変化させること
ができ、交流発電機１の回転軸の回転数を低く抑えるこ
とができるので、効率が良く、燃料消費率が向上し、低
騒音での運転を行うことが出来る。

【００１１】図２は本発明の第２の実施形態を示し、充
電システムの構成を示す平面図である。第１の実施形態
の変速手段３は、プーリ比を変化させて変速したが、本
実施形態では、交流発電機１とエンジン２との間に無段
変速機で構成される変速機４を設け、それぞれをベルト
で接続したものである。

【００１２】図２において、エンジン２の動力はエンジ
ン２の回転軸に設けられたプーリ３１ｂと変速機４の一
方の軸に設けられたプーリ３１ｄとの間に取り付けられ
たベルト３２ｂによって、変速機４へ伝達される。

【００１３】一方、変速機４の他方の軸に設けられたプ
ーリ３１ｃと交流発電機１の回転軸に設けられたプーリ
３１ａとの間に取り付けられたベルト３２ａによって、
変速機から伝達される変速されたエンジン２からの動力
が交流発電機１へ伝達される。

【００１４】変速機４の無段変速機の変速比を変えるこ
とで、エンジン回転数と交流発電機１の回転軸の回転数
の比を変えることができるので、交流発電機１の回転軸
の回転数を効率を考えた値に制御することができる。例
えば、エンジン回転数がアイドリング時の６００rpm で
ある時に、エンジン回転数と交流発電機１の回転軸の回
転数の比を４倍とすれば、交流発電機１の回転軸の回転
数は２４００rpm となり、発電量が不足することはな
い。また、高速走行時のエンジン回転数が3000rpm と
し、エンジン回転数と交流発電機１の回転軸の回転数の
比を１倍とすれば、交流発電機１の回転軸の回転数も同
じく３０００rpm となり、従来のように増速比が例えば
２.５のような固定の値のものに比べて、交流発電機１
の回転軸の回転数を低く抑えることができるので、効率
が良く、燃料消費率が向上し、低騒音での運転を行うこ
とが出来る。

【００１５】図３は本発明の第３の実施形態を示し、充
電システムの構成を示す平面図である。本発明の第２の
実施形態に対して、変速機４の構造を具体的に示したも
のである。

【００１６】図３において、変速機４はベルト３２ｃを
用いた無段変速機で構成され、エンジン２の動力が伝達
される側の軸に電磁クラッチ５を設け、動力が断続でき
るようにしている。図２と同符号のものは同じものを示
している。

【００１７】本実施形態においては、図２に示した第２
の実施形態に加えて、さらに、電磁クラッチ５を変速機
４の入力側に挿入し、電磁クラッチ５で動力の伝達を切
り離すことで、発電が不要な場合に交流発電機１の発電
を停止させて、エンジン２の負荷を軽くすることができ
る。

【００１８】また、交流発電機１が回転軸の固着や電圧
異常等の異常な状態になった場合には、電磁クラッチ５
で動力の伝達を切り離すことで交流発電機１の発電を停
止させ、危険を回避することができる。

【００１９】電磁クラッチ５の配置場所は変速手段３の
どこでもかまわないが、本実施形態では、切り離したと
きに最もエンジン２の負荷が軽くなるエンジン２に近い
側の軸に配置している。

【００２０】図４は本発明の第４の実施形態を示し、充
電システムの構成を示す平面図である。

【００２１】図４において、変速手段３は交流発電機１
の回転軸に配置されている。変速手段３の位置は、図４
では交流発電機１と別に配置されているが、交流発電機
１の中に内蔵してもよい。

【００２２】本実施形態のように、変速手段３を交流発
電機１の回転軸に配置すると、従来の構成に対して変速
手段３の部分だけ変更して、交流発電機１のプーリ３１
ａ、エンジン２のプーリ３１ｂ，ベルト３２ａはそのま
まであるため、システムの変更が小さくできコストの面
で効果がある。

【００２３】また、変速手段３の内部に電磁クラッチ５
を配置すれば、発電が不要な場合に交流発電機１の回転
軸を回転させないことができ、機械的損失を低減でき、
エンジン２の負荷を低減することができる。すなわち、
電磁クラッチ５で回転軸を切り離すことによって、発電
を停止させ、ブラシの摺動，ロータの冷却ファン，ベア
リングの摩擦損失等が無くなるために、加速時のエンジ
ン負荷の軽減が可能となり、燃料消費率が向上すること
になる。

【００２４】図５は本発明の第５の実施形態を示し、充
電システムの構成を示す平面図である。本発明の第４の
実施形態に対して、変速手段３をエンジン２の回転軸に
配置したものである。

【００２５】さらに図示していないが、エアーコンディ
ショナーのコンプレッサー、パワーステアリングのオイ
ルポンプ，エンジン冷却水の循環ポンプ等も変速手段を
介してエンジン２と接続してもよい。

【００２６】このようにすれば、エンジン２の負荷が大
幅に減少し、燃料消費率の向上や故障率の低下が期待出
来る。例えば、車両の停止時には不要なパワーステアリ
ングのオイルポンプの駆動のための負荷がなくなるの
で、エンジン２の始動が楽になったり、エンジン２が回
転できるぎりぎりの回転数での運転が可能となるので、
燃料消費率の向上が図れる。

【００２７】図６から図９に本発明の第６の実施形態を
示す。

【００２８】図６は、現在一般に使用されている交流発
電機１の回転軸の回転数と発電電流との関係の一例を表
す相関図であり、交流発電機１の効率が示されている。
横軸は回転数，縦軸は発電電流であり、発電可能な電流
線が一本の曲線で表され、効率が等高線で表される。図
中の百分率は効率を表している。例えば、交流発電機１
の回転軸の回転数が４０００から５０００rpm で、発電
電流が５０から５５Ａでは、交流発電機の効率が７２％
となることが分かる。また、交流発電機１の回転軸の回
転数が４０００から５０００rpm で、発電電流が１２０
Ａの場合には、効率が６０％以下となることが分かる。
交流発電機１の効率の高いところで発電させれば、エン
ジン負荷が小さくできるので、図６を用いてエンジン回
転数と交流発電機１の回転軸の回転数の比を制御すれば
よい。

【００２９】本発明では、図１から図５に示したような
変速手段３または変速機４を、エンジン２と交流発電機
１の間に配置して、エンジン回転数と交流発電機１の回
転軸の回転数の比を増速または減速することで、図６に
示した効率の良い回転数に合わせて運転するようにして
いる。図６に示した例では、交流発電機１の回転軸の回
転数が２５００から６０００rpmの範囲がよく、４００
０から５０００rpmの範囲が望ましい。

【００３０】また、発電電流によっても効率が変わるの
で、発電電流の制御方法について次に説明する。

【００３１】図７は、交流発電機１の発電電流制御部分
の電気的な構成を示す構成図である。

【００３２】図７において、交流発電機１はバッテリー
７および電気負荷６に接続されている。また、発電電流
検出手段９を内蔵しており、その検出信号はレギュレー
タ１１に接続されている。また、レギュレータ１１はバ
ッテリー７に接続され、バッテリー電圧を検出する機能
と、界磁コイル８に接続され、界磁電流を検出する機能
をもっている。

【００３３】次に動作について説明する。図８は図６と
同様、交流発電機１の回転軸の回転数と発電電流との関
係の一例を表す相関図である。図６で示したように、本
実施形態の場合、発電電流が５０から５５Ａの範囲が最
も発電効率が高いので、レギュレータ１１は、図８に示
すように、回転数に関係なく一定値、例えば５０Ａを発
電するように設定される。これは、発電電流検出手段９
により発電電流が検出できることから実現できるもの
で、発電電流の大きさは界磁電流を増減制御することで
行うものである。また、このときに負荷電流が大きい場
合には、バッテリー７が放電するために、バッテリー電
圧を検出して発電電流を一定値で制御する定電流制御モ
ードと、電気負荷に応じた制御を行う定電圧制御モード
とを切り替えて行うとよい。

【００３４】図９は発電電流の制御を表すタイムチャー
トであり、縦軸は電流および電圧、横軸は時間である。
条件によって、上述した定電流制御モードと定電圧制御
モードとを切換える制御が行なわれる。先に述べたよう
に、交流発電機１によって効率の最もよい発電電流の値
は異なるが、本実施形態を一例として、発電電流が５０
Ａの場合が最も効率がよいと定義して話を進める。図
中、負荷電流は点線で示している。

【００３５】図９において、車両が最低必要な負荷電流
を２０Ａと仮定すると、この状態では発電電流も２０Ａ
であり、交流発電機１は定電圧制御モードで制御され
る。負荷電流が５０Ａまでは定電圧制御モードで制御さ
れる。

【００３６】次に、負荷電流が５０Ａを越えて８０Ａに
なると、発電電流が５０Ａのままである定電流制御モー
ドで制御される。バッテリー電圧が予め定めた電圧以下
になるまで、このモードは続けられる。本実施形態で
は、この電圧を１１Ｖとしている。この値は、バッテリ
ー７の温度や液比重により変更されることが望ましい。
バッテリー電圧が１１Ｖとなったら、発電電流を負荷電
流に合うように界磁電流を増加させて定電圧制御モード
に切り替えられる。この場合、発電電流は負荷電流より
も大きく、その差分はバッテリー７を充電するのに使わ
れる。

【００３７】バッテリー電圧が充電電圧に達して一定時
間経てば、再び定電流制御モードで制御される。

【００３８】以上の動作の中で、発電電流は変化してい
るが、５０Ａである期間は高効率運転区間となる。

【００３９】以上述べてきたように、エンジンによって
駆動される交流発電機の損失を低減するためには、交流
発電機を効率の良いところで運転する必要がある。そこ
で本発明では、交流発電機の使用回転数，発電電流の２
つを制御して最も効率の良いポイントで発電動作を行う
ようにしたものである。回転数の調整にはエンジン回転
数を変速機を介して交流発電機に接続するため、増速，
減速が可能になり、燃料消費率が向上するとともに、騒
音の低減が図れる。また、エンジンにより交流発電機を
常時駆動するのではないので、エンジンや交流発電機の
機械的強度を簡略化できると共に、寿命，故障率低減の
効果もある。また、エンジンによって駆動しているエア
ーコンディショナーのコンプレッサー、パワーステアリ
ングのオイルポンプ等の駆動も同時に制御することが可
能となるので、これらの駆動にともなう損失の低減，長
寿命化の効果がある。また、電磁クラッチを設けたもの
に於いては完全に回転数を零にすることができることか
ら、長寿命化，低騒音化の効果がある。また、発電電流
を一定値で制御することで高効率で運転できるため、燃
料消費率向上の効果がある。さらに、発電機が異常時の
場合、エンジンから切り離して危険回避ができ、安全性
が向上する効果もある。また、交流発電機の最高回転数
を下げた設計が可能となるために、機械的強度やブラシ
の寿命等に於いて信頼性の向上が図れる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、交
流発電機の効率を向上させて車両の燃料消費率を向上さ
せ、騒音低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示し、充電システム
の構成を示す平面図。

【図２】本発明の第２の実施形態を示し、充電システム
の構成を示す平面図。

【図３】本発明の第３の実施形態を示し、充電システム
の構成を示す平面図。

【図４】本発明の第４の実施形態を示し、充電システム
の構成を示す平面図。

【図５】本発明の第５の実施形態を示し、充電システム
の構成を示す平面図。

【図６】本発明の第６の実施形態を示し、交流発電機の
回転軸の回転数と発電電流との関係の一例を表す相関
図。

【図７】本発明の第６の実施形態を示し、交流発電機の
発電電流制御部分の電気的な構成を示す構成図。

【図８】本発明の第６の実施形態を示し、交流発電機の
回転軸の回転数と発電電流との関係の一例を表す相関
図。

【図９】本発明の第６の実施形態を示し、発電電流の制
御を表すタイムチャート。

【符号の説明】

１…交流発電機、２…エンジン、３…変速手段、４…変
速機、５…電磁クラッチ、６…電気負荷、７…バッテリ
ー、８…界磁コイル、９…発電電流検出手段、１１…レ
ギュレータ、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…プー
リ、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ…ベルト、３３…油
圧パイプ、３４…油圧ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本田義明茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者高野雅美茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者印南敏之茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者鈴木敦茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 5H590 AA02 AA06 CA07 CA23 CB10 CC01 CC18 CE05 DD64 EA07 EB02 EB03 EB20 FA01 FA03 FA05 FB01 FC03 FC05 GA10 HA02 HA04 HA05 HA11 HA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンにより駆動される車両用交流発電
機の充電システムに於いて、前記車両用交流発電機は、先端部分に複数個の爪部を形
成した一対の対向配置された爪形磁極と前記爪形磁極を
磁化させる界磁巻線とからなる回転子と、該回転子と所
定の間隔を隔てて配置され前記爪形磁極の磁化により交
流電圧を発生する固定子巻線を有する固定子とを備え、前記車両用交流発電機の発電電流を一定値になるように
制御するレギュレータと、前記エンジンと前記交流発電機の軸間に設けられ変速手
段を有する動力伝達機構とを備えたことを特徴とする車
両用交流発電機の充電システム。
【請求項２】請求項１の記載において、前記動力伝達機
構は動力を断続することを特徴とする車両用交流発電機
の充電システム。
【請求項３】請求項１の記載において、前記車両用交流
発電機の回転軸の回転数が一定になるように前記変速手
段を制御する変速制御装置を備えたことを特徴とする車
両用交流発電機の充電システム。
【請求項４】請求項１の記載において、前記車両用交流
発電機の前記界磁巻線の界磁電流を発電電流と車両に搭
載されたバッテリーのバッテリー電圧とから決定する電
流制御装置を備えたことを特徴とする車両用交流発電機
の充電システム。